National Aeronautics and Space Administration (Polski)

• Advanced
• Basic

Skąd się biorą białe karły?

Miejsce, w którym gwiazda kończy swój żywot, zależy od masy, z jaką się narodziła. Gwiazdy o dużej masie mogą zakończyć swoje życie jako czarne dziury lub gwiazdy neutronowe. Gwiazda o małej lub średniej masie (o masie mniejszej niż około 8 mas Słońca) stanie się białym karłem. Typowy biały karzeł jest mniej więcej tak masywny jak Słońce, ale tylko trochę większy od Ziemi. To sprawia, że białe karły są jedną z najgęstszych form materii, którą przewyższają tylko gwiazdy neutronowe i czarne dziury.

Czarna dziura	Gwiazda neutronowa	Biały karzeł

Gwiazdy o średniej masie, takie jak nasze Słońce, żyją dzięki stopieniu wodoru w ich jądrach w hel. To właśnie robi teraz nasze Słońce. Ciepło wytwarzane przez Słońce w wyniku syntezy jądrowej wodoru w hel powoduje powstanie ciśnienia na zewnątrz. Za kolejne 5 miliardów lat Słońce zużyje cały wodór w swoim jądrze.

Ta sytuacja w gwieździe jest podobna do szybkowaru. Podgrzanie czegoś w zamkniętym pojemniku powoduje wzrost ciśnienia. To samo dzieje się na Słońcu. Chociaż Słońce może nie być ściśle zamkniętym pojemnikiem, grawitacja powoduje, że zachowuje się jak jeden, przyciągając gwiazdę do wewnątrz, podczas gdy ciśnienie wytwarzane przez gorący gaz w rdzeniu wypycha na zewnątrz. Równowaga między ciśnieniem a grawitacją jest bardzo delikatna.

Gdy w Słońcu zabraknie wodoru do stopienia, równowaga przechyli się na korzyść grawitacji, a gwiazda zaczyna się zapadać. Jednak zagęszczanie gwiazdy powoduje jej ponowne ogrzanie i jest w stanie stopić resztki wodoru, które pozostały w powłoce owiniętej wokół jej jądra.

(Betelgeuse)
15 stycznia 1996, Kosmiczny Teleskop Hubblea rejestruje pierwsze bezpośrednie zdjęcie gwiazdy, A. Dupree (CfA) i NASA.

Ta płonąca powłoka wodoru rozszerza zewnętrzne warstwy gwiazdy. Kiedy to się stanie, nasze Słońce stanie się czerwonym olbrzymem; będzie tak duży, że Merkury zostanie całkowicie połknięty!

Kiedy gwiazda się powiększy, jej ciepło się rozproszy, sprawiając, że jej temperatura będzie niższa. Ale temperatura jądra naszego czerwonego olbrzyma Słońca rośnie, aż w końcu jest wystarczająco gorąca, aby stopić hel powstały w wyniku syntezy wodoru. W końcu przekształci hel w węgiel i inne cięższe pierwiastki. Słońce spędzi tylko miliard lat jako czerwony olbrzym, w przeciwieństwie do prawie 10 miliardów, które spędził pracowicie spalając wodór.

Wiemy już, że gwiazdy o średniej masie, podobnie jak nasze Słońce, stają się czerwonymi olbrzymami. Ale co się stanie potem? Nasz czerwony olbrzym Słońce nadal bije hel i wypuszcza węgiel. Ale kiedy skończy się hel, nie jest wystarczająco gorący, aby spalić węgiel, który utworzył. Co teraz?

Odkąd nasze Słońce wygrało ” Gdyby był wystarczająco gorący, aby zapalić węgiel w jego rdzeniu, ponownie ulegnie grawitacji. Kiedy jądro gwiazdy kurczy się, powoduje to uwolnienie energii, która powoduje rozszerzenie powłoki gwiazdy. Teraz gwiazda stała się jeszcze większym olbrzymem niż wcześniej! Promień naszego Słońca stanie się większy niż orbita Ziemi!

Słońce nie będzie w tym miejscu bardzo stabilne i straci masę. Trwa to tak długo, aż gwiazda w końcu zdmuchnie swoje zewnętrzne warstwy, jednak rdzeń gwiazdy pozostaje nienaruszony i staje się białym krasnoludem. Biały karzeł będzie otoczony rozszerzającą się powłoką gazu w obiekcie znanym jako mgławica planetarna. Nazywa się to, ponieważ pierwsi obserwatorzy myśleli, że wyglądają jak planety Uran i Neptun. Istnieje kilka mgławic planetarnych, które można obserwować przez teleskop znajdujący się na podwórku. W około połowie z nich centralny biały karzeł można zobaczyć za pomocą teleskopu średniej wielkości.

Mgławice planetarne wydają się oznaczać przejście średniej masy gwiazdy z czerwonego olbrzyma do białego karła. Gwiazdy o masie porównywalnej do naszego Słońca staną się białymi karłami w ciągu 75 000 lat od zdmuchnięcia ich powłoki. W końcu, podobnie jak nasze Słońce, ostygną, wypromieniowując ciepło w kosmos i blakną w czarne grudki węgla. Może to zająć 10 miliardów lat, ale nasze Słońce pewnego dnia osiągnie koniec linii i po cichu stanie się czarnym karłem.

Białe karły mogą nam opowiedzieć o wieku Wszechświata. Jeśli potrafimy oszacować czas potrzebny do ochłodzenia białego karła w czarnego karła, dałoby to nam dolną granicę wieku Wszechświata i naszej galaktyki, ale ponieważ białe karły potrzebują miliardów lat, aby ostygły, nie sądzę, że wszechświat jest na tyle stary, że wiele białych karłów, jeśli w ogóle, stało się czarnymi karłami.Znalezienie czarnych karłów z pewnością zmieniłoby nasze rozumienie procesu chłodzenia białych karłów.

Obserwacje białych karłów

Strzałka wskazuje na białego karła, Syriusza B, obok dużego Syriusza A.

Istnieje kilka sposobów obserwowania białych karłów. Odkryto pierwszego białego karła, ponieważ jest on towarzyszem Syriusza, jasnej gwiazdy w konstelacji Wielkiego Psa. W 1844 roku astronom Friedrich Bessel zauważył, że Syriusz wykonywał lekki ruch do przodu i do tyłu, jakby krążył wokół niewidocznego obiektu. W 1863 roku optyk i producent teleskopów Alvan Clark zauważył ten tajemniczy obiekt. Ta towarzysząca gwiazda została później uznana za białego karła. Ta para jest teraz określana jako Syriusz A i B, gdzie B jest białym karłem. Okres orbitalny tego układu wynosi około 50 lat.

Ponieważ białe karły są bardzo małe, a przez to bardzo trudne do wykrycia, systemy podwójne są pomocnym sposobem ich zlokalizowania. Podobnie jak w przypadku systemu Syriusza, jeśli gwiazda wydaje się mieć jakiś niewyjaśniony ruch, możemy stwierdzić, że pojedyncza gwiazda jest w rzeczywistości układem wielokrotnym. Po bliższym przyjrzeniu się możemy stwierdzić, że ma towarzysza białego karła.

Kosmiczny Teleskop Hubblea ze swoim 2,4-metrowym lustrem i zaawansowaną optyką z powodzeniem obserwował białe karły za pomocą szerokiego pola i kamery planetarnej. W sierpniu 1995 roku kamera zaobserwowała ponad 75 białych karłów w gromadzie kulistej M4 w konstelacji Skorpiusa. Te białe karły były tak słabe, że najjaśniejszy z nich nie był jaśniejszy niż 100-watowa żarówka widziana w odległości Księżyca. M4 znajduje się 7000 lat świetlnych od nas, ale jest najbliższą Ziemi gromadą kulistą. Ma również około 14 miliardów lat , dlatego tak wiele gwiazd zbliża się do końca swojego życia.

Zdjęcie ROSAT HZ 43

Teleskopy optyczne nie są jedynym sposobem na oglądanie białych karłów. 43 został zaobserwowany przez satelitę rentgenowskiego ROSAT. Promienie rentgenowskie pochodzą z wnętrza widocznej powierzchni białego karła. Region ten jest bardzo gęsty i może mieć temperaturę nawet 100 000 stopni u bardzo młodego białego karła. warstwy zewnętrzne zawierają tylko hel i wodór i są niezbędne y przezroczyste dla promieni rentgenowskich emitowanych przez znacznie cieplejsze warstwy wewnętrzne.

Ostatnia modyfikacja: grudzień 2006